KR101162212B1

KR101162212B1 - 이동통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법 및 그를위한 프레임 구조

Info

Publication number: KR101162212B1
Application number: KR1020060020139A
Authority: KR
Inventors: 윤애란; 한승희; 문두현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2012-07-09
Also published as: KR20070090432A

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법 및 그를 위한 프레임 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 중계국(RS: Relay Station)을 통한 통신 방법은, OFDM/OFDMA 방식 통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법에 있어서, 기지국에서 상기 중계국과 적어도 하나 이상의 단말이 통신을 수행하기 위해 필요한 하향링크/상향링크 맵(DL/UL-MAP) 정보를 데이터 버스트 영역을 통해 상기 중계국으로 전송하는 것을 특징으로 한다.

이동통신, 중계국, relay station, 프레임, OFDM

Description

이동통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법 및 그를 위한 프레임 구조 {Communication method via relay station and data frame therefor in mobile communications system}

도 1은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식 광대역 무선접속 시스템의 물리계층의 프레임 구조를 도시한 것이다.

도 2는 2개의 부반송파(subcarrier)로 구성된 3개의 부채널을 예시하여 도시한 것이다.

도 3은 OFDMA의 자원 할당을 정의하는 데이터 영역(data region)을 도시한 것이다.

도 4 및 도 5는 각각 하향 및 상향 프레임에서의 부채널 맵핑 방법을 도시한 것이다.

도 6은 그물 망 프레임의 구조를 도시한 것이다.

도 7은 중계국을 이용한 네트워킹의 일례를 도시한 것이다.

도 8은 IEEE 802.16에 따른 중계국 이용한 네트워킹의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기 위한 중계 네트워크의 구성도이다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 기지국 또는 중계국과 단말 사이에 순차적으로 송수신되는 프레임들의 구조를 도시한 것들이다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 프레임 구조를 도시한 것이다.

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이동통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법 및 그를 위한 프레임 구조에 관한 것이다.

도 1은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식 광대역 무선접속 시스템의 물리계층의 프레임 구조를 도시한 것이다. 프레임(frame)은 물리적인 특성에 의한 일정 시간 동안의 데이터 시퀀스 채널로 하향링크 서브프레임(subframe)과 상향링크 서브프레임으로 구성된다. 하향링크 서브프레임은 물리계층에서의 동기화와 등화를 하기 위해 사용되는 프리앰블(preamble)로 시작하고, 그 다음에는 하향링크와 상향링크에 할당되는 버스트(burst)의 크기, 위치, 용도를 정의하는 방송형태의 하향링크 맵(DL-MAP) 메시지와 상향링크 맵(UL-MAP) 메시지를 통해 프레임 전체에 대한 구조를 정의한다. 버스트는 하나의 단말에 전송되는 또는 하나의 단말로부터 수신하는 데이터의 단위이다.

DL-MAP 메시지는 버스트 모드 물리계층에서 하향링크 구간에 대해 버스트별 로 할당된 용도를 정의하며, UL-MAP 메시지는 상향링크 구간에 대해 할당된 버스트의 용도를 정의한다. DL-MAP을 구성하는 정보 요소(Information Element)는 DIUC(Downlink Interval Usage Code)와 CID(Connection ID) 및 버스트의 위치 정보(부채널 오프셋, 심볼오프셋, 부채널 수, 심볼 수)에 의해 사용자 단에 하향링크 트래픽 구간을 구분한다. 한편, UL-MAP 메시지를 구성하는 정보 요소는 각 CID(Connection ID) 별로 UIUC(Uplink Interval Usage Code)에 의해 용도가 정해지고, 'duration'에 의해 해당 구간의 위치가 규정된다. 여기서, UL-MAP에서 사용되는 UIUC 값에 따라 구간별 용도가 정해지며, 각 구간은 그 이전 IE 시작점으로부터 UL-MAP IE에서 규정된 'duration'만큼 떨어진 지점에서 시작한다.

하향링크 채널 서술자(DCD: Downlink Channel Descriptor) 메시지와 상향링크 채널 서술자(UCD: Uplink Channel Descriptor_ 메시지는 각각 하향링크와 상향링크에 할당된 버스트 구간에서 적용될 물리계층 관련 파라미터로서 변조 타입(Modulation type), FEC(Forward Error Correction) 코드 타입(FEC Code type) 등을 포함한다. 또한, 여러 가지 순방향 오류 정정 코드 유형에 따라 필요한 파라미터들(예를 들어, R-S Code의 K,R 값 등)을 규정한다. 이와 같은 파라미터들은 UCD 및 DCD 내부에서 각각 UIUC 및 DIUC 별로 규정된 버스트 프로파일(burst profile)에 의해 주어진다.

광대역 무선접속 시스템의 국제 표준인 IEEE 802.16에서의 일반적인 버스트 할당 방법은 다음과 같다. 하향링크에서 일반 MAP에서의 버스트 할당 방식은 기지국이 DL-MAP 메시지를 통해, 도 1에 도시된 바와 같이, 시간축과 주파수축으로 이 루어진 사각형 모양을 단말에 가르쳐 주는 것이다. 즉, 시작하는 심볼 번호, 시작하는 부채널 번호, 사용되는 심볼의 개수와 사용되는 부채널의 개수를 가르쳐 준다. 상향링크에서는 심볼 축으로 차례로 할당하는 방식을 사용하므로 사용되는 심볼의 개수만 가르쳐 주면 상향링크의 버스트를 할당할 수 있다.

광대역 무선접속 시스템의 물리계층은 크게 단일 반송파 방식(Single Carrier)과 다중 반송파 방식(OFDM/OFDMA)으로 구분된다. 다중 반송파 방식은 OFDM을 사용하는 한편, 반송파의 일부를 그룹화한 부채널 단위로 자원을 할당할 수 있는 접속방식으로서 OFDMA를 도입하고 있다.

OFDMA 물리계층에서는 활성 반송파를 그룹으로 분리해서, 그룹별로 각기 다른 수신단으로 송신된다. 이렇게 한 수신단에 전송되는 반송파의 그룹을 부채널(subchannel)이라고 부른다. 도 2는 2개의 부반송파(subcarrier)로 구성된 3개의 부채널을 예시하여 도시한 것이다. 각 부채널을 구성하는 반송파는 서로 인접하거나 또는 등간격으로 떨어져 있을 수도 있다. 이와 같이 부채널 단위로 다중 접속이 가능하도록 함으로써 구현상의 복잡도가 증가하나 주파수 다이버시티 이득, 전력의 집중에 따른 이득, 그리고 순방향 전력 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 OFDMA의 자원 할당을 정의하는 데이터 영역(data region)을 도시한 것이다. 각 사용자에게 할당되는 슬롯은 2차원 공간의 데이터 영역에 의해서 정의되며, 이는 버스트에 의해 할당되는 연속적인 부채널의 집합이다. OFDMA에서 하나의 데이터 영역은, 도 3에 도시된 바와 같이, 시간 좌표와 부채널 좌표에 의해 결 정되는 직사각형으로 도시화된다. 이러한 데이터 영역은 특정 사용자의 상향링크에 할당되거나 또는 하향링크에서는 특정한 사용자에게 기지국이 데이터 영역을 전송할 수 있다. 2차원 공간에서 이와 같은 데이터 영역을 정의하기 위해서는 시간 영역에서 OFDM 심볼의 수와 주파수 영역에서 기준점에서부터의 오프셋만큼 떨어진 위치에서 시작되는 연속적인 부채널의 수가 주어져야 한다.

도 4 및 도 5는 각각 하향 및 상향 프레임에서의 부채널 맵핑 방법을 도시한 것이다. 즉, PDU(Protocol Data Unit)가 부호화 및 변조를 거쳐 특정 부채널 영역에서 해당 PDU의 버스트에 할당된 부채널에 맵핑되는 방법을 표시한다. 할당된 부채널의 영역이 2차원으로 표시되고 할당된 2차원 부채널 영역에 대하여 맨 앞 심볼의 부채널부터 데이터를 맵핑한다.

상향링크의 경우 할당된 부채널은 1차원으로 할당 영역을 먼저 결정한다. 즉, 'duration'으로 결정을 하며, 이전에 다른 PDU 버스트에게 할당된 부채널 다음부터 심벌축으로 부채널을 할당해 간다. 이때, 특정 부채널 영역의 끝 심벌에 도달하면 다음 부채널부터 할당을 계속한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 맨 앞 심볼의 부채널부터 차례로 데이터를 맵핑한다.

IEEE 802.16a 규격은 2-11GHz 대역에서 비직진파 통신을 고려하기 때문에 다중 경로 페이딩을 심각하게 겪을 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 확보하기 위해 MAC 계층에서 ARQ 프로토콜을 도입하였다. 또한, 다중 안테나를 이용한 빔 포밍을 통해 셀의 커버리지와 시스템 용량을 향상하기 위한 AAS(Advanced Antenna System) 기술이 추가로 고려되고 있고, 비면허 대역(unlicensed band)에서 타 시스템과의 공존 문제를 해결하기 위해서 DFS(Dynamic Frequency Selection) 기능을 지원할 수 있도록 절차를 추가했다.

일반적으로 광대역 무선접속(Wireless MAN)에서 고려되는 PMP(Point-to-Multipoint topology) 구조뿐만 아니라, 도 6에 도시된 바와 같은 그물(Mesh)망의 프레임 구조(frame structure)를 선택적으로 지원할 수 있다. 이와 같은 메쉬 모드(Mesh Mode)에서는 다른 가입자단의 릴레이를 통해서 기지국과 접속이 가능하도록 하였으며, 대형 건물로 인해 전파 음역 지역이 존재할 수 밖에 없는 도심지의 비직진파 통신 환경을 고려하였다.

메쉬 모드는 기존의 프레임을 이용하는 방법 대신 제어 서브프레임(control subframe)과 데이터 서브프레임으로 구성되어 있다. 제어 서브프레임은 두 가지의 기본 기능이 있는데 네트워크 제어 서브프레임에서는 서로 다른 시스템 간의 결합을 만들어 유지하는 기능을 하고, 스케줄 제어 프레임에서는 시스템 사이에서 데이터 전에서의 동등한 스케줄링 기능을 한다. 주기적으로 발생하는 네트워크 제어 서브프레임 이외의 모든 다른 프레임은 스케줄 제어 프레임이며 제어 서브프레임의 길이는 고정, MSH-CTRL-LEN(network descriptor)에서 나타낸다. 네트워크 제어 스케줄 제어 서브프레임 동안 네트워크 엔트리 할당 후 네트워크 구성에 따라 나오며 스케줄 제어 서브프레임 동안 분산 스케줄링을 가리키는 네트워크 기술자가 제어 프레임에서 발생하게 된다.

이하에서 단말이 셀 경계(cell boundary)에서 기지국과 초기화(initialization)를 수행하는 과정을 설명한다. 먼저, 단말이 셀 안에 들어오게 되 면, 가장 최근에 사용했던 하향링크 채널(downlink channel)부터 시작하여 사용 가능한 하향링크 채널을 찾을 때까지 스캐닝(scannin)을 하게 되고 기지국과의 동기(synchronization)을 맞춘다. 그 다음엔 기지국으로부터 UCD 메시지를 수신하여 레인징(ranging) 과정을 수행하여 전송 파라미터를 맞추고 기본 CID(Basic CID)와 주 CID(Primary CID)를 획득하게 된다.

레인징 과정 후 기지국은 단말에 대한 인증을 실시하고, 인증된 단말은 기지국에 등록한다. IP로 관리되는 이동단말은 기지국으로부터 부 관리 CID(Secondary management CID)를 할당받는다. 그리고, IP 연결을 설정한다. IP 연결이 끝난 단말은 현재 날짜와 시간을 설정한다. 끝으로, 단말의 구성 파일을 TFTP 서버로부터 다운 받고 미리 준비된 서비스에 대한 연결을 설정한다.

전술한 바와 같이, DL-MAP 메시지는 버스트 모드 물리계층에서 하향링크 구간에 대해 버스트 별로 할당된 용도를 정의하며, UL-MAP 메시지는 상향링크 구간에 대해 할당된 버스트의 용도를 정의한다. DL-MAP을 구성하는 정보 요소(Information Element)는 DIUC(Downlink Interval Usage Code)와 CID(Connection ID) 및 버스트의 위치 정보(부채널 오프셋, 심볼오프셋, 부채널 수, 심볼 수)에 의해 사용자 단에 하향링크 트래픽 구간을 구분한다. 표 1의 DL MAP IE의 데이터 포맷의 일례를 나타낸다.

Syntax	Size	Notes
DL-MAP_IE() {
DIUC	4 bits
if (DIUC == 15) {
Extended DIUC dependent IE	variable	See clauses following 8.4.5.3.1
} else {
if (INC_CID == 1) {		The DL-MAP starts with INC_CID =0. INC_CID is toggled between 0 and 1 by the CID-SWITCH_IE() (8.4.5.3.7)
N_CID	8 bits	Number of CIDs assigned for this IE
for (n=0; n< N_CID; n++) {
CID	16 bits
}
}
OFDMA Symbol offset	8 bits
Subchannel offset	6 bits
Boosting	3 bits	000: normal (not boosted); 001: +6dB; 010: -6dB; 011: +9dB; 100: +3dB; 101: -3dB; 110: -9dB; 111: - 12dB;
No. OFDMA Symbols	7 bits
No. Subchannels	6 bits
Repetition Coding Indication	2 bits	0b00 - No repetition coding 0b01 - Repetition coding of 2 used 0b10 - Repetition coding of 4 used 0b11 - Repetition coding of 6 used
}
}

한편, UL-MAP 메시지를 구성하는 정보 요소는 각 CID(Connection ID) 별로 UIUC(Uplink Interval Usage Code)에 의해 용도가 정해지고, 'duration'에 의해 해당 구간의 위치가 규정된다. 여기서, UL-MAP에서 사용되는 UIUC 값에 따라 구간별 용도가 정해지며, 각 구간은 그 이전 IE 시작점으로부터 UL-MAP IE에서 규정된 'duration'만큼 떨어진 지점에서 시작한다. 표 2는 UL MAP IE의 데이터 포맷의 일례를 나타낸 것이다.

Syntax	Size	Notes
UL-MAP_IE() {
CID	16 bits
UIUC	4 bits
if (UIUC == 12) {
OFDMA Symbol offset	8 bits
Subchannel offset	7 bits
No. OFDMA Symbols	7 bits
No. Subchannels	7 bits
Ranging Method	2 bits	0b00 - Initial Ranging/Handover Ranging over two symbols 0b01 - Initial Ranging/Handover Ranging over four symbols 0b10 - BW Request/Periodic Ranging over one symbol 0b11 - BW Request/Periodic Ranging over three symbols
reserved	1 bit	Shall be set to zero
} else if (UIUC == 14) {
CDMA_Allocation_ IE ()	32 bits
else if (UIUC == 15) {
Extended UIUC dependent IE	variable	See clauses following 8.4.5.4.3
} else {
Duration	10 bits	In OFDMA slots (see 8.4.3.1)
Repetition coding indication	2 bits	0b00 - No repetition coding 0b01 - Repetition coding of 2 used 0b10 - Repetition coding of 4 used 0b11 - Repetition coding of 6 used
}
Padding nibble, if needed	4 bits	Completing to nearest byte, shall be set to 0.
}

이하에서 광대역 무선접속 시스템에서의 중계국(relay station)을 이용한 네트워킹(networking) 방법에 대해서 설명한다. 도 7은 중계국을 이용한 네트워킹의 일례를 도시한 것이다.

IEEE 802.16에서는 중계 네트워킹을 위해 물리계층의 프레임 구조를 개선하고, MAC 계층의 새로운 프로토콜을 추가하는 작업이 진행 중이다. 주요 특징으로는 중계되는 데이터 경로의 종착점을 기지국으로 하는 트리(tree) 구조를 가지고, 기존의 점대다(Point to Multi-Point: PMP) 방식과 호환되며, 릴레이 방식과 점대다 방식은 서로 동일한 주파수 대역을 사용하거나 또는 인접한 다른 주파수를 사용하는 것으로 한다. 중계국의 형태로는 고정식(fixed), 임시 고정식(nomadic), 이동식(mobile) 중계국이 고려되고 있다.

도 8은 IEEE 802.16에 따른 중계국 이용한 네트워킹의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 중계국의 목적을 크게 기지국의 서비스 커버리지 확장과 쓰루풋 개선의 두 가지로 요약할 수 있는데, 각 목적에 따라 중계국의 동작을 도 8에 도시된 바와 같이 다르게 정의할 수 있다.

도 8의 중계국 타입(type) 1과 같이 기지국의 서비스 커버리지 확장을 위하여 중계국을 사용하는 경우, 중계국(34)은 단말(35)과 기지국(31) 간에 주고 받는 데이터뿐만 아니라 기지국(31) 또는 단말(35)로부터 전달되는 모든 제어 메시지를 중계한다. 도 8의 중계국 타입 2와 같이 쓰루풋 개선을 위해 중계국을 사용하는 경우, 중계국(32)은 단말(33)과 기지국(31) 간 교환되는 사용자 데이터만을 중계하고, 기지국(31)의 방송 형태의 제어 메시지 또는 단말(33)의 상향링크 제어 메시지를 단말(33)과 기지국(31)이 직접 교환하도록 할 수 있다. 이와 같이 중계국을 이용하여 중계되는 데이터는 단말과 기지국이 직접 주고 받는 경우에 비해서 지연이 발생할 수 있으며, 중계국은 데이터가 중계되는 단말에 좋은 신호 품질을 제공하고 그에 따른 적절한 채널 코딩율(coding rate) 및 변조(modulation) 방식을 사용하여 해당 단말에 중계해 줌으로써, 전체적인 쓰루풋을 증가시킬 수 있다.

기술적으로 보았을 때, 중계국은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 아날로그 방식으로 중계국이 송신단에서 받은 신호를 단순히 증폭(신호의 세기만 증폭하는 것)하여 수신단으로 전달해 주는 방식이다. 이 방식의 경우 지연이 거의 없고, 중계국은 기본적인 증폭 기능만을 가지고 있기 때문에 비용적인 효율 측면에서 장점이 있지만, 증폭하는 단계에서 노이즈도 함께 증폭될 수 있다는 단점이 있다. 둘째는 디지털 방식으로 송신단에서 받은 신호를 디코딩한 후 재 인코딩하여 수신단에 전달해 줌으로써 노이즈 제거와 더 높은 데이터 레이트 코딩(data rate coding) 방식을 사용하여 높은 쓰루풋을 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 디코딩 및 인코딩 과정에서 지연이 발생할 수 있는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 종래기술에 있어서는 기지국과 단말 간에 직접적인 데이터 전송을 위한 자원의 할당 방식에 대해서는 정의되어 있으나, 기지국과 단말 사이에서 중계국의 중계에 의해 통신이 이루어지는 경우에 있어서는 기지국 자원의 할당절차가 정의되어 있지 않다. 특히, 기지국의 영역을 벗어난 단말의 중계국을 통한 기지국과의 자원 할당 절차는 명확히 정의되어 있지 않은 상태이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기지국과 단말 간에 중계국을 매개로 통신이 이루어지 는 경우에 통신 자원 할당 절차를 명확히 정의하기 위한 중계국을 통한 통신 방법 및 그를 위한 프레임 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기지국과 단말 간에 중계국을 매개로 통신이 이루어지는 경우에 통신 자원을 효율적으로 할당하기 위한 중계국을 통한 통신 방법 및 그를 위한 프레임 구조를 제공하는 것이다.

중계국은 처음 기지국의 셀 내로 들어왔을 때 단말과 마찬가지로 초기화(initialization) 과정, 즉 초기 네트워크 엔트리 과정을 수행하게 된다. 기지국은 자신에게 등록된 단말들을 중계국을 통해 서비스를 제공할 것인지, 기지국이 직접 통신할 것인지를 결정하며 만약 중계국을 통해 통신할 필요가 있을 때는 기지국은 중계국을 통해서 단말로 데이터를 전송하도록 결정한다.

본 발명은 OFDM 또는 OFDMA 방식 통신 시스템에서 중계국을 통해 기지국과 단말의 통신을 중계하는 경우, 기지국이 중계국을 통해 단말로 데이터를 송수신하기 위한 프레임 구조를 정의하는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 중계국을 통해 중계(relay)하는 단말이 존재하는 경우, 기지국이 해당 중계국에게 상기 중계국과 단말이 송수신하기 위한 자원을 미리 할당해서 중계국 위한 하향링크/상향링크 맵(DL/UL-MAP) 정보를 중계국의 데이터 버스트(data burst) 형태로 알려준다. 중계국을 통해 기지국의 서비스를 송수신하는 단말을 위한 하향링크/상향링크-맵(DL/UL-MAP) 정보는 기지국이 해당 중계국별로 구성하거나, 하나의 버스트에 모든 중계국의 DL/UL-MAP 정보를 담아서 전송할 수 있다. DL/UL-MAP 정보를 데이터 버스트를 통해 수신한 중계국의 하향링크의 해당 영역에 DL/UL-MAP 정보를 방송(broadcasting)하고 기지국이 지정한 프레임 번호 및 해당 위치를 통해 단말의 데이터를 송수신한다.

본 발명의 일 양상으로서, 본 발명에 따른 중계국(RS: Relay Station)을 통한 통신 방법은, OFDM/OFDMA 방식 통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법에 있어서, 기지국에서 상기 중계국과 적어도 하나 이상의 단말이 통신을 수행하기 위해 필요한 하향링크/상향링크 맵(DL/UL-MAP) 정보를 데이터 버스트 영역을 통해 상기 중계국으로 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 중계국을 통한 통신 방법은, OFDM/OFDMA 방식 통신 시스템에서 중계국을 통한 통신 방법에 있어서, 상기 중계국이 적어도 하나 이상의 단말을 위한 데이터를 송수신할 중계국(RS) 영역을 할당하는 단계와, 기지국에서 상기 중계국을 위한 하향링크/상향링크 맵(DL/UL-MAP) 정보를 데이터 버스트 영역을 통해 전송하는 단계와, 상기 중계국에서 상기 데이터 버스트 영역을 통해 수신된 상기 하향링크/상향링크 맵 정보에 따라 상기 중계국 영역을 구성하여 상기 적어도 하나 이상의 단말로 전송하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 중계국을 통한 통신 방법은, OFDM/OFDMA 방식 통신 시스템에 있어서 단말에서 중계국을 통한 통신 방법에 있어서, 상기 중계국이 상기 단말을 위해 데이터를 송수신하도록 할당된 중계국(RS) 영역 중에서 상기 중계국을 위한 하향링크 맵(DL-MAP) 정보를 통해 할당된 하향링크 데이터 버스트 영역을 통해 데이터를 수신하는 단계와, 상기 중계국을 위한 상향링크 맵(UL-MAP) 정보를 통해 할당된 상향링크 데이터 버스트 영역을 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 중계국을 위한 하향링크/상향링크 맵(DL/UL-MAP) 정보는 기지국에 의해 데이터 버스트 영역을 통해 상기 중계국으로 전송된 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 프레임 구조는, OFDM 또는 OFDMA 방식 통신 시스템에 있어서 기지국과 적어도 하나 이상의 단말 사이에서 적어도 하나 이상의 중계국을 매개로 통신을 수행하기 위한 프레임 구조에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 중계국이 상기 적어도 하나 이상의 단말을 위한 데이터를 송수신할 중계국 영역을 지정하는 메시지가 포함되는 프리앰블 영역과, 상기 적어도 하나 이상의 중계국을 위한 하향링크/상향링크 맵(DL/UL-MAP) 정보가 할당되는 데이터 버스트 영역과, 상기 메시지에 의해 지정되며 상기 적어도 하나 이상의 중계국이 상기 적어도 하나 이상의 단말을 위한 데이터를 송수신하도록 할당되는 중계국 영역을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기 위한 중계 네트워크의 구성도이다. 도 9는 기지국(BS)이 두 단말(MS 1, MS 3)과는 중계국(RS 1)을 통해 통신을 수행하고, 다른 단말(MS 2)과는 다른 중계국(RS 2)를 통해 통신을 수행함을 도시한 것이다. 도 9에서는 단말들이 상기 기지국이 관할하는 셀 영역 밖에 있는 경 우를 도시한 것이나, 본 발명의 기술적 특징은 상기 기지국의 셀 영역에 있으면서 중계국을 통해 통신을 수행하는 단말들에도 적용될 수 있다.

도 10a는 기지국(BS)과 중계국(RS 1, RS 2) 사이에서 송수신되는 n 번째 프레임의 구조를 도시한 것이다. 상기 n 번째 프레임을 통해 상기 기지국과 다른 중계국 또는 중계국을 통하지 않고 상기 기지국과 통신하는 다른 단말들이 데이터를 송수신할 수 있음은 자명하다. OFDM 또는 OFDMA 통신 시스템에서 프레임은 심볼(또는 시간) 가로축과 서브채널(또는 주파수) 세로축의 2차원 평면에 의해 정의될 수 있다. 상기 전체 프레임은 하향링크 서브프레임(DL sub-frame)과 상향링크 서브프레임(UL sub-frame)에 의해 구성된다.

기지국과 단말 간에 중계국을 통한 통신이 이루어지는 경우 프레임에는 상기 중계국과 단말 사이에 통신을 수행하기 위한 영역이 할당되어야 하는데, 본 문서에서는 상기 영역을 '중계국 영역(또는, RS 영역)'이라 정의하기로 한다. 도 10a에서, 'RS DL'로 표시된 부분이 중계국 하향링크 영역이고, 'RS UL'로 표시된 부분이 중계국 상향링크 영역이다. 상기 기지국이 상기 중계국으로 전송하는 데이터는 프레임의 하향링크에 버스트 형태로 할당하고, 상기 중계국이 단말로 전송하는 데이터는 중계국 하향링크 영역에 할당된다. 상기 단말이 상기 기지국으로 전송할 데이터가 있을 경우에는, 상기 중계국의 상향링크 맵(UL-MAP)에서 가리키는 상향링크 영역에서 상기 단말에 할당된 영역을 통해 전송하고, 상기 중계국은 상기 단말로부 터 수신된 데이터를 상기 중계국 상향링크 영역(RS UL)을 통해 상기 기지국으로 전송한다.

상기 중계국 하향링크 영역에는 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS DL/UL MAP)의 길이, 코딩 정보 등을 포함한 RS-FCH(Frame Control Header), 상기 단말이 동기를 맞추기 위한 RS-프리앰블(RS-Premable) 영역, 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 영역 및 중계국 하향링크 및 상향링크 데이터 버스트 영역이 포함된다. RS-프리앰블은 중계국별로 다른 시퀀스(sequence)를 가질 수 있다. 상기 중계국 영역의 맵(MAP) 구조 및 중계국 영역 내의 버스트 할당은 기지국에 의해 결정된다.

상기 기지국은 하향링크 맵(DL-MAP)에 상기 프레임 내에서 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 영역을 구분하기 위한 정보를 포함시켜 상기 중계국 및 단말로 전송하며, 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 영역 구분 정보는 각각 중계국 하향링크 영역 정보요소(RS DL Zone IE) 및 중계국 상향링크 영역 정보요소(RS UL Zone IE)에 포함될 수 있다.

상기 기지국은 중계국 하향링크 맵(DL-MAP) 정보 및 상향링크 맵(UL-MAP) 정보를 각 중계국에 전송한다. 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보는 하향링크 및 중계국 상향링크 영역에서의 각 단말을 위한 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 포함한다. 또한, 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보는 각 중계국이 상기 기지국으로부터 수신한 단말의 데이터를 전송할 프레임 번호(예를 들어, (n+1)번째 프레임), 각 중계국의 RS DL/UL MAP의 위치 정보(예를 들면, RS-프리앰블을 기준으로 하는 심볼 및 서브채널 옵셋 값), RS DL/UL MAP 길이, 코딩 정보 등을 포 함한 FCH 정보 등을 포함할 수 있다. 상기 각 단말을 위한 하향링크 및 상향링크 맵 정보는 각각 상기 각 중계국들이 각 단말로 데이터를 전송할 하향링크 데이터 버스트 및 상기 각 단말이 상기 각 중계국들로 데이터를 전송할 상향링크 데이터 버스트를 할당하는 정보를 포함한다.

상기 기지국은 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 일반적으로 중계국을 통하지 않고 상기 기지국과 직접 통신하는 단말에 할당되는 하향링크 및 상향링크 맵 정보와 함께 각각 하향링크 맵(DL-MAP) 영역 및 상향링크 맵(UL-MAP) 영역에 포함시킬 수 있다. 각 중계국은 상기 하향링크 맵 영역 및 상향링크 맵 영역에 포함된 상기 중계국 하향링크/상향링크 맵 정보를 상기 중계국 하향링크 영역(RS DL) 또는 중계국 상향링크 영역(RS UL)의 중계국 하향링크 맵 영역(RS DL-MAP Zone) 및 중계국 상향링크 맵 영역(RS UL-MAP Zone)에 포함시켜 단말로 전송한다. 각 단말은 상기 중계국 하향링크 맵 영역(RS DL-MAP Zone) 및 중계국 상향링크 맵 영역(RS UL-MAP Zone)에 포함된 상기 중계국 하향링크/상향링크 맵 정보에 따라 자신이 상기 중계국으로부터 데이터를 수신할 하향링크 데이터 버스트 및 상기 중계국으로 데이터를 전송할 상향링크 데이터 버스트를 할당받는다. 다만, 이 경우에는 각 중계국은 다른 중계국의 중계국 하향링크 맵 정보 및 중계국 상향링크 맵 정보도 각각 상기 중계국 하향링크 맵 영역(RS DL-MAP Zone) 및 중계국 상향링크 맵 영역(RS UL-MAP Zone)에 포함시켜야 하기 때문에 무선자원이 낭비되는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결할 수 있는 방법으로서, 상기 기지국은 상기 중계국 하 향링크 및 상향링크 맵 정보를 각 중계국에 할당되는 데이터 버스트에 포함시켜 각 중계국으로 전송할 수 있다. 즉, 상기 기지국은 중계국들(RS 1, RS 2)를 통해 단말들(MS 1, MS 2, MS 3)에게 전송할 데이터가 있을 경우 하향링크 데이터 버스트 영역에 각 중계국에 데이터 버스트를 할당하여 상기 할당된 데이터 버스트를 통해 데이터를 전송한다. 도 10a에서, 'A' 영역은 상기 기지국이 RS 1을 통해 MS 1 및 MS 3에 전송할 데이터가 포함되는 데이터 버스트로서 RS 1에 할당되고, 'B' 영역은 상기 기지국이 RS 2를 통해 MS 2에 전송할 데이터가 포함되는 데이터 버스트로서 RS 2에 할당된다. 이때, RS 1 및 RS 2에 할당되는 데이터 버스트(A, B)에는 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS1 DL/UL-MAP, RS2 DL/UL-MAP) 정보가 상기 단말들로 전송될 데이터와 함께 포함된다. 상기 기지국은 RS 1 및 RS 2에 할당되는 데이터 버스트(A, B)의 위치 및 단말에게 데이터를 전송할 프레임의 번호를 하향링크 맵(DL-MAP) 영역의 DL-MAP 정보요소(IE)를 통해 RS 1 및 RS 2에 지정한다.

RS 1 및 RS 2는 상기 DL-MAP 정보요소를 통해 자기에게 할당된 데이터 버스트(A, B)의 위치를 확인하고, 해당 데이터 버스트에 포함된 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS1 DL/UL-MAP, RS2 DL/UL-MAP) 정보를 이용하여 중계국 하향링크 영역을 구성하여 단말로 전송한다.

도 10b는 상기 기지국이 RS 1에 MS 1 및 MS 3에게 데이터를 전송하도록 지정한 프레임((n+1)번째 프레임), 즉 RS 1이 MS 1 및 MS 3에게 전송하는 (n+1)번째 프레임의 구조를 도시한 것이다. 도 10b를 참조하면, RS 1은 상기 기지국으로부터 자기에게 할당된 데이터 버스트(A)에 포함된 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS1 DL/UL-MAP) 정보를 상기 중계국 하향링크 영역의 RS1 UL-MAP 영역 및 RS1 DL-MAP 영역에 포함시키고, 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보에 의해 지시되는 각 단말(MS 1, MS 3)을 위한 데이터 버스트(C, D)에 상기 각 단말로 전송될 데이터를 포함시켜 전송한다. 각 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS1 DL/UL-MAP) 정보가 상기 각 중계국을 위한 데이터 버스트를 통해 전송되므로 다른 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS1 DL/UL-MAP) 정보가 중복해서 중계국 영역의 UL-MAP 또는 DL-MAP 영역에 포함되지 않을 수 있다. MS 1 및 MS 3은 도 10b의 (n+1)번째 프레임의 RS-프리앰블을 통해 RS 1과 동기를 맞추고, 상기 중계국 하향링크 영역의 RS1 UL-MAP 영역에 포함된 상기 중계국 하향링크 맵(RS1 DL-MAP) 정보로부터 자기에게 할당되는 데이터 버스트(C, D)의 위치를 파악하여 데이터를 수신한다.

도 10c는 상기 기지국이 RS 2에 MS 2에게 데이터를 전송하도록 지정한 프레임((n+1)번째 프레임)의 구조를 도시한 것으로서, RS 2는 상기 기지국으로부터 자기에게 할당된 데이터 버스트(B)에 포함된 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS2 DL/UL-MAP) 정보를 상기 중계국 하향링크 영역의 RS2 UL-MAP 영역 및 RS2 DL-MAP 영역에 포함시키고, 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보에 의해 지시되는 단말(MS 2)을 위한 데이터 버스트(E)에 MS 2 전송될 데이터를 포함시켜 전송한다. MS 2는 도 10c의 (n+1)번째 프레임의 RS-프리앰블을 통해 RS 2와 동기를 맞추고, 상기 중계국 하향링크 영역의 RS2 UL-MAP 영역에 포함된 상기 중계국 하향링크 맵(RS2 DL-MAP) 정보로부터 자기에게 할당되는 데이터 버스트(E)의 위치를 파악하여 데이터를 수신한다. 도 10c에서, 'F' 영역은 MS 2에 할당된 상향링크 데이터 버스트를 나타낸다.

도 10d는 상기 기지국이 MS 2가 RS 2에 데이터를 전송하도록 지정한 프레임((n+2)번째 프레임)의 구조를 도시한 것이다. RS 2는 상향링크 맵(UL-MAP) 정보에 의해 지시되는 RS 2를 위한 상향링크 데이터 버스트(G)를 통해 MS 2로부터 수신된 데이터를 상기 기지국으로 전송한다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 프레임 구조를 도시한 것으로서, 각각 기지국(BS)과 중계국(RS 1, RS 2) 사이에서 송수신되는 n 번째 프레임 및 RS 1에서 MS 1 및 MS 3에 전송되는 (n+1)번째 프레임의 구조를 도시한 것이다.

도 11a에 도시된 실시예에 있어서, 상기 기지국이 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 데이터 버스트에 포함시켜 중계국으로 전송하는 것은 도 10a의 실시예와 동일하다. 다만, 도 10a에서는 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 각 중계국에 전송되는 데이터가 할당되는 데이터 버스트에 포함시켜 전송하였지만, 도 11a의 실시예에서는 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 각 중계국에 전송되는 데이터가 할당되는 데이터 버스트와는 다른 데이터 버스트를 통해 전송한다는 점에 있어서 차이점이 있다.

도 11a의 실시예에 있어서는 각 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 별도의 데이터 버스트를 통해 전송할 수도 있고, 둘 이상의 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 하나의 데이터 버스트를 전송할 수도 있으며, 모든 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 하나의 데이터 버스트를 통해 전송하는 것도 가능할 것이다. 각각의 경우에 있어서, 상기 기지국은 하향링크 맵(DL-MAP) 영역에 포함되는 중계국 맵 정보(RS-MAP Info) IE 등을 통해 각 중계국에 할당되는 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 할당된 버스트의 위치를 상기 각 중계국에 알려주어야 한다. 모든 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 하나의 데이터 버스트를 통해 전송하는 경우, 브로드캐스트 CID(Broadcast CID)를 이용한 데이터 버스트를 이용하는 것이 바람직하다. 도 11a에서 'H'로 표시된 영역은 모든 중계국을 위한 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 포함된 데이터 버스트를 나타낸다.

각 중계국(RS 1, RS 2)에서 도 11a에 도시된 프레임을 수신한 후의 동작은 도 10b 내지 도 10d를 통하여 설명한 것과 거의 유사하다. 다만, 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 포함한 데이터 버스트와 단말에게 전송될 데이터가 포함된 데이터 버스트가 다르기 때문에 상기 각 중계국은 상기 n번째 프레임에 포함된 DL-MAP 영역에서 자신에게 할당되는 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보를 포함한 데이터 버스트와 단말에게 전송될 데이터가 포함된 데이터 버스트의 위치를 파악하여 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보 및 상기 단말에게 전송될 데이터를 수신해야 한다.

도 11b를 참조하면, RS 1은 상기 기지국으로부터 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 포함된 데이터 버스트(H)에 포함된 중계국 하향링크 및 상향링크 맵(RS1 DL/UL-MAP) 정보를 상기 중계국 하향링크 영역의 RS1 UL-MAP 영역 및 RS1 DL-MAP 영역에 포함시키고, 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보에 의해 지시되는 각 단말(MS 1, MS 3)을 위한 데이터 버스트(I, J)에 상기 각 단말로 전송될 데이터를 포함시켜 전송한다. MS 1 및 MS 3은 도 11b의 (n+1)번째 프레임의 RS-프리앰블을 통해 RS 1과 동기를 맞추고, 상기 중계국 하향링크 영역의 RS1 UL-MAP 영역에 포함된 상기 중계국 하향링크 맵(RS1 DL-MAP) 정보로부터 자기에게 할당되는 데이터 버스트(I, J)의 위치를 파악하여 데이터를 수신한다.

표 3은 기지국이 중계국에 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 포함된 버스트의 위치를 지시하기 위한 하향링크 맵 정보요소(DL-MAP IE)의 데이터 포맷의 일례를 나타낸다.

Syntax	Size	Notes
DL-MAP_IE() {
DIUC	4 bits
if ( DIUC == 15) {
Extended DIUC dependent IE	variable	See clauses following 8.4.5.3.1
} else {
if (INC_CID == 1) {		The DL-MAP starts with INC_CID =0. INC_CID is toggled between 0 and 1 by the CID-SWITCH_IE() (8.4.5.3.7)
N_CID	8 bits	Number of CIDs assigned for this IE
for (n=0; n< N_CID; n++) {
CID	16 bits
}
}
OFDMA Symbol offset	8 bits
Subchannel offset	8 bits
Boosting	3 bits	000: normal (not boosted); 001: +6dB; 010: -6dB; 011: +9dB; 100: +3dB; 101: -3dB; 110: -9dB; 111: - 12dB;
No. OFDMA Symbols	5 bits
No. Subchannels	6 bits
Repetition Coding Indication	2 bits	0b00 - No repetition coding 0b01 - Repetition coding of 2 used 0b10 - Repetition coding of 4 used 0b11 - Repetition coding of 6 used
}
}

표 4 및 표 5는 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 포함된 버스트의 위치를 지시하기 정보요소(IE)를 위해 새로운 DIUC 타입(Extended DIUC)을 정의한 것이다.

DIUC	Usage
0-12	Different burst profiles
13	Gap/PAPR reduction
14	End of map Extended-2 DIUC IE
15	Extended DIUC

Extended DIUC (hexadecimal)	Usage
00	Channel_Measurement_IE
01	STC_Zone_IE
02	AAS_DL_IE
03	Data_location_in_another_BS_IE
04	CID_Switch_IE
05	MIMO_DL_Basic_IE
06	MIMO_DL_Enhanced_IE
07	HARQ_Map_Pointer_IE
08	PHYMOD_DL_IE
09-0A	reserved
0B	DL PUSC Burst Allocation in Other Segment
0C	RS _Map_Info_ IE
0D-0E	reserved
0F	UL_interference_and_noise_level_IE

표 6은 기지국이 중계국에 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 포함된 버스트의 위치를 지시하기 위한 중계국 하향링크 맵 정보요소(RS MAP_Info IE)의 데이터 포맷의 일례를 나타낸다. 중계국은 표 3의 DL-MAP IE를 참조하여, DIUC가 '15'이고, 'Extended DIUC dependent IE' 필드가 '0C'인 경우 표 6의 RS MAP_Info IE를 읽어 상기 중계국 하향링크 및 상향링크 맵 정보가 포함된 버스트의 위치를 파악한다. 표 6에서 상기 버스트의 위치는 서브채널 옵셋(offset), 심볼 옵셋, 서브채널 수, 심볼 수에 의해 지정되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

Syntax	Size (bits)	Notes
RS_Map_Info_IE() {
Extended DIUC	4	RS = 0x0C
Length	4
OFDMA symbol offset	8
Subchannel offset	6
No.OFDMA Symbols	8
No.subchannels	6
Reserved	1	Shall be set to zero.
}

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면, 기지국과 단말 간에 중계국을 매개로 통신이 이루어지는 경우에 통신 자원 할당 절차를 명확히 할 수 있고, 통신 자원을 효율적으로 할당할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중계국을 포함하는 통신 시스템에서 기지국이 데이터를 전송하는 방법에 있어서,

n번째 프레임에서 제 1 정보를 포함하는 무선자원 할당 메시지를 제어정보 전송을 위한 무선자원을 이용하여 전송하는 단계;

n번째 프레임에서 제 2 정보를 포함하는 무선자원 할당 메시지를 데이터 전송을 위한 무선자원을 이용하여 전송하는 단계; 및

상기 제 1 정보에 따라 할당된 무선자원을 이용하여, 상기 n번째 프레임에서 상기 중계국으로 데이터를 전송하는 단계를 포함하고,

상기 제 1 정보는 상기 n번째 프레임에서 상기 기지국과 상기 중계국 사이의 통신을 위한 무선자원을 할당하는 정보이며, 상기 제 2 정보는 (n+1)번째 프레임에서 상기 중계국과 단말 사이의 통신을 위한 무선자원을 할당하는 정보인 데이터 전송방법.
제 1 항에 있어서,

상기 무선자원 할당 메시지는 하향링크 맵(DL-MAP) 메시지인 데이터 전송방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 정보 및 제 2 정보는 DL-MAP 메시지 내에 포함된 적어도 하나의 하향링크 맵 정보 요소(DL-MAP IE)를 통하여 전송되는 데이터 전송방법.
제 3 항에 있어서,

상기 DL-MAP IE는 무선자원이 상기 n번째 프레임에 DL-MAP IE에 의해 할당된 것인지 상기 (n+1)번째 프레임에 DL-MAP IE에 의해 할당된 것인지 여부를 나타내는 필드를 포함하는 데이터 전송방법.
중계국이 기지국으로부터 전송된 데이터를 단말로 중계하는 방법에 있어서,

n번째 프레임에서 제 1 정보를 포함하는 무선자원 할당 메시지를 제어정보 전송을 위한 무선자원을 이용하여 수신하고, 제 2 정보를 포함하는 무선자원 할당 메시지를 데이터 전송을 위한 무선자원을 이용하여 수신하는 단계;

상기 제 1 정보에 따라 할당된 무선자원을 이용하여, 상기 n번째 프레임에서 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하는 단계; 및

상기 제 2 정보에 따라 할당된 무선자원을 이용하여, (n+1)번째 프레임에서 상기 단말로 상기 수신한 데이터를 전송하는 단계를 포함하고,

상기 제 1 정보는 상기 n번째 프레임에서 상기 기지국과 상기 중계국 사이의 통신을 위한 무선자원을 할당하는 정보이며, 상기 제 2 정보는 (n+1)번째 프레임에서 상기 중계국과 단말 사이의 통신을 위한 무선자원을 할당하는 정보인 데이터 중계방법.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 정보 및 제 2 정보는 DL-MAP 메시지 내에 포함된 적어도 하나의 하향링크 맵 정보 요소(DL-MAP IE)를 통하여 수신되는 데이터 중계방법.
제 6 항에 있어서,

상기 DL-MAP IE는 상기 중계국의 식별자 및 상기 단말의 식별자 중 적어도 하나를 포함하는 데이터 중계방법.
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